Периодическая система элементов Менделеева и спектры веществ

Электроны внешнего слоя (валентные) определяют химические свойства элемента, так как они связаны с ядром слабее, чем все остальные электроны. Они же ответственны и за оптические спектры веществ, почему в физике их часто называют оптическими. Дело в том, что при возвращении одного из внешних электронов из возбужденного состояния в нормальное излучаются частоты (лежащие в области видимого диапазона), характерные для многих элементов. Действительно, потенциалы ионизации большинства атомов не превышают U=10 В; при ионизации, конечно, удаляется один из валентных электронов. Он может вернуться или в состояние с несколько большей энергией, или в свое нормальное состояние. Даже в последнем случае частота излучения будет равна 2,4 x 1015 Гц, что отвечает ультрафиолетовой части спектра.

Оптические электроны ответственны за излучение желтой линии натрия, зеленой линии ртути и т. д.

Так как при объединении атомов в молекулы наибольшим изменениям подвергаются энергетические состояния, отвечающие внешним слоям, то это в конечном счете приводит к отличию оптических спектров молекул от спектров составляющих их атомов. Кроме того, так как в соответствии с принципом Паули число энергетических состояний в каждом слое увеличивается, то возрастает и число возможных частот, что приводит к возникновению размытых полосатых спектров или, во всяком случае, к усложнению молекулярных оптических спектров по сравнению с атомными. Энергия электронов внутренних слоев при образовании молекул изменяется сравнительно незначительно, а потому рентгеновские спектры, возникающие при переходах электронов в освободившиеся состояния внутренних слоев, не зависят ощутимым образом от того, является ли данный атом свободным или же входит в какое-либо химическое соединение.

Периодическая система элементов Менделеева

Энергетическое состояние внешних электронов определяется не только их притяжением к ядру, но и взаимодействием с внутренними электронами, поэтому излучения рентгеновских частот описываются не простой формулой типа бальмеровской, но более сложным законом Мозли:

(14.1)

где поправка α учитывает влияние электронной оболочки. Этот закон, экспериментально открытый в 1913 г., был очень важен, так как подтвердил заключение Резерфорда, что заряд ядра кратен атомному номеру элемента.

* Внутренними слоями считаются слои К, L, М и подслои s и р, принадлежащие слою N.

**Об элементах, имеющих Z > 92, созданных искусственно, см. § 16.2.